(57)【要約】【課題】  土木構造物等に使用でき、感度の高い超音波探触子を提供すること。【解決手段】  超音波探触子１は、電極５と電極７の間に送信電圧Ｖｓをかけると、圧電振動子３が振動する。圧電振動子３の振動は、アルミニウムの前面板９を通して、被検体である媒体中に超音波Ｆ０として発信される。反射法で検査を行う場合、超音波Ｆ０は被検体の境界面で反射し、反射波が超音波探触子１で受信され、圧電振動子３に受信電圧Ｖｒが発生する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の電極の間に設けられた圧電振動子と、
前記圧電振動子の片側に設けられた前面板と、
を具備し、
前記前面板の音響インピーダンスは、
１５±１５×０．２（Ｍｒａｙｌ）
であることを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
前記前面板はアルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記前面板中の音波の波長をλとすると、
前記前面板の厚さｄは、
d=λ／４±λ／１６
であることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探触子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
土木構造物、例えば、コンクリート、モルタルおよびレンガ等の構造物の超音波非破壊検査では、従来の金属探傷や人体の超音波診断よりも低周波数の１００ｋＨｚ程度の超音波を使用しなければならない。高周波数では超音波の減衰が大きくなり使用できないからである（例えば［特許文献１］参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１８０８１２号公報
【０００４】
図８は従来の超音波探触子１０１を示している。図８に示すように、従来の超音波探触子１０１は、電極１０５と電極１０７の間に圧電振動子１０３が設けられ、電極１０７に鉄からなる前面板１０９が設けられ、電極１０５にダンパ１１１が設けられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した構造物（以下被検体という）に対して、図８に示す超音波探触子１０１を用いて検査を行う場合、被検体の音響インピーダンスが高く（コンクリートの音響インピーダンス約１０．５［Ｍｒａｙｌ］）、被検体の表面が極めて粗いので、使用中に超音波探触子１０１が破損しやすく、超音波が被検体中に効率よく放射できないという問題点があった。また超音波探触子１０１のダンパ１１１による超音波の吸収が小さく、ダンパ１１１からの不要反射等が生じ、超音波探触子の必要な周波数特性が得られない等の問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは土木構造物等に使用でき、感度の高い超音波探触子を提供することにある。
【０００７】
前述した目的を達成するために本発明は、１対の電極の間に設けられた圧電振動子と、前記圧電振動子の片側に設けられた前面板とを具備し、前記前面板の音響インピーダンスは、
１５±１５×０．２（Ｍｒａｙｌ）
であることを特徴とする超音波探触子である。
【０００８】
前面板は、例えばアルミニウムである。前面板中の音波の波長をλとすると、前記前面板の厚さｄは、
d=λ／４±λ／１６
であることが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、土木構造物等に使用でき、感度の高い超音波探触子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下添付図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る超音波探触子１を示したものである。図１に示すように、超音波探触子１は、電極５と電極７との間に圧電振動子３が設けられ、電極７に前面板９が設けられる。
【００１１】
圧電振動子３は電極５、電極７に電圧が印加されると振動し、被検体の内部に超音波を出力する。前面板９は超音波放射面である。
【００１２】
前面板９は、音響インピーダンス１５±１５×０．２（Ｍｒａｙｌ）となる材質を用い、例えば、アルミニウムを用いる。アルミニウムの音響インピーダンスは、１７（Ｍｒａｙｌ）である。前面板の音響インピーダンスが１５±１５×０．２（Ｍｒａｙｌ）であればアルミニウム以外の材料を用いてもよい。
【００１３】
電極５と電極７の間に電圧Ｖｓが印加されると、圧電振動子３が振動する。圧電振動子３の振動は、前面板９に伝達され、超音波探触子１から被検体中に超音波が発せられる。
【００１４】
例えば、反射法で検査を行う場合、超音波探触子１に送信電圧Ｖｓを印加すると、被検体中に超音波が発せられる。超音波は被検体の境界面で反射し、反射波が超音波探触子１で受信され、圧電振動子３に受信電圧Ｖｒが発生する。
【００１５】
次に、図２〜図７を参照しながら、送受波特性（ＶＴＧ特性）（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｇａｉｎ特性）について説明を行う。
【００１６】
送受波特性（ＶＴＧ特性）は、受信電圧と送信電圧の比で表し、それをデシベルで表したものである。受信電圧をＶｒ、送信電圧をＶｓとすると、（１）式で示される。
VTG＝２０LOG（Vｒ／Vｓ）・・・（１）
【００１７】
図２は送信周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、アルミニウムの前面板９の厚さ（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、ＶＴＧの関係を示したものである。
図２において、周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）は、超音波探触子１から発せられる超音波の周波数を超音波探触子の中心周波数ｆ０で割って、無次元化したものである。厚さ（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）は、「１」がλ／４（λは、前面板９あるいはアルミニウム中の超音波の波長）を示し、「１．５」は前面板９のλ／４×１．５倍を示す。
【００１８】
図３は、特定の厚さの前面板９について、切り口を２次元のグラフで示したものである。
一般的にいえば、図３で示すように、ある厚さの前面板９について、周波数「１」を中心にＶＴＧの数値が大となる周波数帯域Ａが存在する。ＶＴＧの数値が大となる周波数帯域Ａが広いほど、不要な反射波の発生が少ない。またＢが少ない程、送信電圧に対する受信電圧のロスが少ない。
【００１９】
図４から図７は、図２のグラフにおいて前面板９の厚さを変更した場合の切り口、即ち、４種類の厚さの前面板９における周波数とＶＴＧとの関係を比較したものである。
【００２０】
図４から図7に示すように、前面板９の厚さを変更すると、切り口、即ち周波数とＶＴＧの関係をしめす曲線の形状も異なってくる。
【００２１】
図４から図７に示されるように、（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ＝１．０）の前後で、ＶＴＧの数値が最大となる周波数帯域が広くなっている。前面板９の厚さが大きい場合（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ＝１．２）、あるいは小さい場合（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ＝０．８）にはＶＴＧの数値が最大となる周波数帯域は狭くなる。
【００２２】
そして、前面板９の厚さｄを
d=λ／４±λ／１６
程度にすると、超音波探触子１の送受波周波数帯域をもっとも平坦にすることができ、感度も良好となることが判明した。
【００２３】
このように本実施の形態によれば、前面板９にアルミニウムを採用することにより、超音波探触子１の送受波周波数帯域を平坦にすることができ、感度も良好となり、土木構造物にも使用することができる。更に、ダンパ１１１をなくすことで、製造コストを低減させることができる。
【００２４】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波探触子の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】超音波探触子１の構成を示す概略図
【図２】アルミニウム前面板９の送受波特性を示すグラフ
【図３】特定の厚さの前面板９の特性を示すグラフ
【図４】前面板９の厚さを変更したときの送受波特性を示す図
【図５】前面板９の厚さを変更したときの送受波特性を示す図
【図６】前面板９の厚さを変更したときの送受波特性を示す図
【図７】前面板９の厚さを変更したときの送受波特性を示す図
【図８】超音波探触子１の従来の構成を示す図
【符号の説明】
【００２６】
１………超音波探触子
３………圧電振動子
５、７………電極
９………前面板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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